ФОТО: starline/FreepikС помощью ИИ ученые обнаружили новое состояние материи
Квантовая физика считается одной из наиболее сложных и загадочных областей науки, в которой по-прежнему остается множество нерешенных вопросов. Одной из таких задач является исследование фрустрированных магнитов — уникальных материалов, чьи магнитные взаимодействия настолько запутаны и противоречивы, что мешают системе достичь упорядоченного состояния. Тем не менее, недавняя работа международной группы физиков и экспертов в области машинного обучения позволила получить новые интересные данные об этих необычных материалах.
Что это такое
Фрустрированные магниты представляют собой уникальные материалы, в которых магнитные моменты частиц (известные как спины) взаимодействуют между собой таким образом, что не могут стабилизироваться в какой-либо определенной конфигурации. Это похоже на ситуацию, когда трое людей пытаются одновременно пожать друг другу руки, но каждый раз оказываются в неудобном положении. В результате система остается в «фрустрированном» состоянии, не достигая равновесия.
Эти материалы вызывают особый интерес, поскольку при охлаждении до экстремально низких температур они могут проявлять необычные квантовые свойства. Одним из таких состояний является спиновая жидкость — фаза вещества, в которой магнитные спины ведут себя как жидкость, постоянно флуктуируя (колеблясь) даже при температурах, близких к абсолютному нулю. Спиновая жидкость считается важным объектом для исследования, так как она может моделировать поведение квантовых частиц, что имеет критическое значение для создания квантовых компьютеров.
Проблема моделирования
Несмотря на высокий интерес к фрустрированным магнитам, их исследование сталкивается с серьезными трудностями. Моделирование поведения таких систем требует огромных вычислительных ресурсов, а стандартные методы часто оказываются неэффективными при решении сложных задач. Это особенно касается состояний при очень низких температурах, когда спиновая жидкость переходит в новую, ранее неизвестную фазу.
“Мы уже высказывали предположение, что в некоторых материалах может возникать уникальная спиновая жидкость”, — отметил профессор Ник Шэннон из Института науки и технологий Окинавы (Япония), — “Но, когда мы старались понять, что с ней происходит при дальнейшем охлаждении, наши модели просто «спотыкались» — картина оставалась неясной”.
Роль искусственного интеллекта
Решение этой задачи стало возможным благодаря сотрудничеству специалистов по квантовой физике и экспертов в области машинного обучения. Ученые разработали алгоритм, который проанализировал данные, полученные в ходе симуляций, и выявил скрытые закономерности, недоступные человеческому восприятию. Искусственный интеллект не только обнаружил новые паттерны в поведении системы, но и предложил изменения в параметрах модели, которые позволили ученым «разогреть» систему в обратном направлении, то есть провести более сложное моделирование состояния вещества при увеличении температуры. Этот подход помог исследователям лучше понять, что происходит внутри материала при охлаждении и как спиновая жидкость переходит в новую фазу.
Результаты и перспективы
Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Research, открывает новые возможности для изучения квантовых систем. Применение искусственного интеллекта позволило не только решить одну из самых сложных задач квантовой физики, но и продемонстрировать потенциал ИИ в фундаментальных научных исследованиях. С помощью нейросетей ученые смогли не только обнаружить и подтвердить существование новой фазы вещества, но и предсказать ее свойства и характеристики.
Фрустрированные магниты, благодаря нашим новым знаниям о них, в ближайшем будущем могут стать основой для разработки новых материалов, способных эффективно моделировать квантовые процессы.
Источник: russian7.ru
